废弃聚磺钻井液固液分离技术

第27卷第1期2010年1月钻井液与完井液DRILLINGFLUID&C0MPLET10NFLUID、，0l_27NO．1Jan．2010文章编号：1001．5620(2010)01．0071—04废弃聚磺钻井液固液分离技术赖晓晴，楼一珊，孙金声，单文军，彭建彬(1．长江大学石油工程学院，湖北荆州；2．中国石油集团钻井工程技术研究院，北京；3．中国地质大学工程技术学院，北京；4．华北油田公司，河北任丘1摘要废弃聚磺钻井液由于形成的聚合物黏土颗粒网状结构力强，直接用絮凝的方法不能进行有效地固液分离处理。优选出了破坏聚合物形成交联结构的破胶氧化剂GLK一1和能使黏土颗粒趋于稳定的黏土颗粒稳定剂GXPJ一3，它们的适宜加量均为1％，GLK一1的最佳破胶时间为4．5h。通过加入破胶氧化剂和黏土颗粒稳定剂，再进行絮凝、离心固液分离处理，最终的固液分离效率约为85％。关键词环境保护；废弃钻井液；聚磺钻井液；固液分离；破胶；氧化剂；絮凝中图分类号：TE923文献标识码：A目前，在钻井过程中产生的聚磺钻井液废弃物的处理方法是直接固化法，这种处理方法的优点是工艺简单、价格便宜；缺点是处理物体积大，不能完全满足环境保护的要求。如果对这种类型的废弃钻井液进行固液分离，使固相体积最小化，液相经处理后可循环使用，能较好地满足环境保护要求。要对废弃聚磺钻井液进行固液分离处理就是要破坏聚合物一黏碉状结构的胶体稳定性，首先要破坏聚合物在网状结构中所起的稳定交联作用，释放出片状的黏土颗粒和自由水，再使释放出的片状的黏土颗粒端面难以架桥形成网状结构，变成稳定的固相；在此基础上通过絮凝作用形成良好的絮凝体，从而达到固液分离目的。1实验部分1．1原料和试剂破胶氧化剂：次双氧水、高锰酸钾、亚磷酸钠、GLNH、GLN一1和GLK．1；二次破胶剂：GXPJ一1、GXPJ．2、GXPJ一3、GXPJ一4；絮凝剂：硫酸铝、磷酸铝、硫酸铝钾、氯化铝、聚合氯化铝、聚合氯化铁。1．2仪器与设备六速旋转黏度计，青岛海通达石油专用仪器厂；LA一950型激光反射粒度分布分析仪，日本H0RIBA公司。1．3模拟废弃聚磺钻井液配方钻井过程中产生的废弃物通常经过一段时间沉淀后，上层废水层和钻屑都可利用密度差分离出来，最难处理的是废弃的钻井液，其性能比常规钻井液更加稳定。选用了新配制的聚磺钻井液，因为它的胶体稳定性优于废弃的聚磺钻井液，更利于对这种钻井液的固液分离进行研究。其配方如下。2％SPNH+0．4％80A51+0．5％NPAN+2％FT．1+2％SMP—II+4％怀安膨润土(用重晶石加重到密度为1．4g／cm，热滚16h)2结果与讨论2．1不同破胶剂对破胶率的影响破胶氧化剂的作用是通过氧化剂与聚合物的作用，破坏聚合物在网状结构中所起的稳定交联作用，这个作用是一个过程，受到内部(不同氧化剂)和外部(温度、压力和时间等)的影响。在常温常压、破胶时间为2h的条件下对破胶氧化剂进行了优选，结果见图1。由图1可以看出，双氧水的破胶效果最好，GLK．1次之；次亚磷酸钠加量在1％时破胶效果较好，但超过这个值后，易固化；GLNH和GLN一1的破胶作用都不显著；高锰酸钾易快速固第一作者简介：赖晓晴，博士，主要从事钻井液及储层保护研究。地址：北京市海淀区学院路20号910信箱钻井液所；邮政编码100083；E—mail：xqlai@126．com；电话13611097143。72钻井液与完井液2010年1月化。但是双氧水兼具混凝的作用，在聚合物一黏土网状结构还没有充分破坏的情况下，就使细小悬浮体和胶体颗粒发生沉淀，此时网状结构中所含的大量自由水没有被分离出来，就已发生了胶体颗粒聚集。此时固相中含有大量自由水，虽然表观黏度较低，但破胶后的固相成为烂泥状，不能形成有效固相。当GLK．1加量为1％时，也具有良好的破胶作用，随着破胶剂加量的增加，破胶率也逐渐增高，因而优选GLK．1作破胶剂，其最佳加量为1％。糌督加量，％图1不同氧化剂破胶率对比2．2破胶氧化时间对破胶率的影响破胶氧化剂与聚合物在一定的时间内相互作用，其作用的时间越长，破胶效果越好。GLK．1破胶剂在不同时间的破胶率见图2。由图2可知，随着破胶时间的增加，破胶率不断升高；当破胶时间达到4．5h后，破胶率上升缓慢，趋于稳定，表明达到了最佳破胶时间。糌302520151050破胶时间m图2I％GLK一1在不同时间的破胶率对比2．3黏土颗粒稳定剂对破胶率的影响破胶氧化剂释放出的黏土胶体微粒，由于颗粒微小，对钻井液仍起到良好的稳定作用。这些胶体微粒不是以分子状态分散，而是形成具有很大界面的粒子，属热力学不稳定体系。但是这些黏土微粒自动凝聚成大颗粒并分散到介质中沉淀出来的速度很慢。这是由于溶胶表面大多带有同性电荷，颗粒间由于同性电荷的相斥作用而分散稳定，不互相